Глава 290 Пропитанное маслом полотно
Ли Джи вернулся в поселение Фань и нашел в пушечной мастерской отдельный двор, в качестве места для исследования парового двигателя.
Принцип работы парового двигателя очень прост. В нем используется давление от расширения воды, когда она нагревается и превращается в пар. Это приводит в движение поршень. Затем пар охлаждается, снова превращается в воду, объем уменьшается и это тоже приводить в действие поршень. Подобная комбинация заставляет поршень непрерывно двигаться, тем самым создавая движущую силу.
Практические паровые двигатели появились в начала 18-го века, всего через несколько десятилетий после 12-го года правления Чунчжэня. Одним из наиболее известных был паровой двигатель Ньюкомена. Принцип работы этого парового двигателя был очень прост. После того, как горячий пар толкал поршень в цилиндр, распылялась холодная вода, чтобы охладить пар и поршень падал обратно в образовавшийся вакуум. Повторяя эти движения можно было с помощью трансмиссии (все механизмы, соединяющие двигатель с тем, что должно двигаться) получить движущую силу.
В истории тысячи таких двигателей производились и использовались в Великобритании в угольных шахтах, для откачки вод. Использование этих паровых двигателей помогло Великобритании стать крупнейшим производителем угля в Европе начала 18-го века.
Ли Джи никогда раньше не создавал паровой двигатель, поэтому решил начать с самого простого парового двигателя Ньюкомена, а потом перейти к более сложным. Для этого он сделает паровой двигатель Ньюкомена, а потом модернизирует его.
Первое, что нужно было Ли Джи для создания парового двигателя – это простой токарный станок. Обработать стальные предметы без токарного станка невозможно. Раньше Ли Джи уже сделал расточный станок, и конструкция токарного станка была аналогичной. Разница заключалась в том, что расточный станок вращал расточный инструмент, а токарный станок вращал обрабатываемый объект. Схожесть заключалась в том, что оба содержали вращательный шлифовальный элемент. Даже структура станков была аналогичной.
Ли Джи позвал несколько кузнецов, и за пять дней под его руководством они сделали простой токарный станок. Для этого использовалась тигельная сталь, из которой были выплавлены все токарные детали и инструменты. Этот станок можно было назвать примитивным, но им вполне можно было пользоваться.
После изготовления токарного станка можно было заняться обточкой поршня. Но для начала Ли Джи предстояло сделать цилиндр, диаметром 30 см. Для этого нужно вылить его из чугуна и на расточном станке придать нужную форму. Затем так же нужно было вылить поршень, так же диаметром 30 см., и обработать его на расточном станке. Ли Джи попросил кузнеца отлить формы из чугуна и обработать их на токарном станке.
После многократных подгонок, сравнений, обработок и снова подгонок, Ли Джи наконец получил идеально подогнанные цилиндр и поршень. Он тут же поместил их в кипящую воду и обнаружил, что поршень в цилиндре полностью герметичен (воздухонепроницаемый). Это говорило о том, что при попадании водяного пара при высоком давлении утечка воздуха будет очень медленной.
Ли Джи установил сверху на поршне толкатель, который бы двигал его вверх и вниз.
Теперь дело было за охлаждающим устройством. Рядом с устройством Ли Джи установил кадку с холодной водой. Кадка была подсоединена трубкой к нижней части цилиндра, на месте соединения установили клапан, который управлял механизмом толкателя. Если водяной пар поднимал толкатель вверх, механизм открывался и в нижнюю часть цилиндра через трубку распалялась холодная вода, которая охлаждала пар. Как только водяной пар остывал, образуя вакуум, поршень заставлял толкатель двигаться вниз. Когда поршень достигал дна, он запускал механизм закрытия заслонки холодной воды и так далее.
Настала очередь котла. Котел должен был быть достаточно большим, чтобы производить необходимое количество пара, для приведения в движение поршня. После того, как котел был завершен и подсоединен к цилиндру, паровая машина Ньюкома была готова.
Ли Джи потратил пять дней на сборку каждого компонента, затем стал их соединять, чтобы проверить, была ли работа успешной.
Как только котел нагрелся, Ли Джи обнаружил, что паровая машина на всех своих соединениях деталей пропускает воздух. Между тщательно подогнанными цилиндром и поршнем не было большой утечки, но соединения между трубками все свинчивались с большими зазорами, из-за чего водяной пар просачивался и выходил в больших объемах.
Но даже с такой утечкой, паровая машина все равно работала. Все потому, что интенсивность сгорания водяного пара в котле была выше, чем интенсивность выхода пара черед соединения трубок. Водяной пар заставлял поршень совершать работу и непрерывно перемещаться вверх и вниз. Поскольку из каждой трубки происходила утечка воздуха, давление воздуха внутри цилиндра находилось под контролем, а движение толкателя вверх и вниз совершилось относительно стабильно 7 раз.
Паровой двигатель Ньюкомена наконец-то был создан!
Но его эффективность все еще была низкой. Чтобы получить более или менее сносную движущую тягу, нужно было сжечь очень много дров. Это было связано с тем, что когда охлаждался пар, остывал и корпус цилиндра, поэтому требовалось, чтобы через некоторое время снова поступал горячий пар, а потом снова и так много раз. Эта неэффективная паровая машина не могла удовлетворить потребностей Ли Джи. Он хотел превратить этот аппарат из паровой машины Ньюкомена в паровую машину Ватта.
Самым значимым усовершенствованием паровой машины Ньюкомена, предложенным Ваттом, стал конденсатор.
Конденсатор представлял из себя соединенный с цилиндром большой железный резервуар, внутри которого была холодная вода. Переключатель конденсатора управлялся механизмом толкателя. Когда поршень поднимался вверх, переключатель размыкался, пар поступал в конденсатор и охлаждался, образуя воду. Когда поршень опускался вниз, переключатель замыкался. Пару больше некуда было выходить, он собирался в цилиндре и снова толкал поршень вверх.
Но при изготовлении конденсатора Ли Джи обнаружил, что системе требуется более высокое давление воздуха. Трубки с утечками воздуха не могли аккумулировать такое высокое давление, поэтому нужно было найти способы закрыть утечки воздуха.
Но в эти дни не существовало устойчивой к высоким температурам резины. Ли Джи задумался над тем, чем же можно было заткнуть щели. В конце концов, у него не осталось другого выбора, кроме как тестировать один за другим более мягкие материалы, доступные на рынке. Пробы разного вида текстиля не привели к нужному результату. Шелк, который выглядел гладким и мягким под воздействием горячего пара затвердел и облупился. Более устойчивым к высоким температурам материалом был лен. Но льняная ткань имела слишком крупные поры и не могла блокировать утечку пара.
После нескольких дней непрерывных испытаний, Ли Джи так и не нашел способа, который смог бы предотвратить утечку, что не могло не озадачить. Принцип работы паровой машины Ватта был прост, но получить детали для ее создания было очень сложно. Даже если одна деталь будет сделана как-то неправильно, это приведет к тому, что вся машина в целом не будет работать.
Кстати, медь и свинец выдерживали высокие температуры и были достаточно мягкими. Могли ли они послужить соединительным материалом? Проверить это было довольно сложно.
Молодой кузнец, которого Ли Джи взял к себе в помощники для создания парового двигателя Ньюкомена, все эти дни внимательно наблюдал за ним и весь светился от восхищения. Когда же он увидел, что Ли Джи столкнулся с проблемой, то прервал его: «Почтенный главнокомандующий, если вы замочите льняную ткань в масле на день, то поры внутри нее забьются маслом, и она может стать полезной».
Ли Джи пораженно замер. Он даже подумать не мог о таком нехитром способе.
Похлопав молодого кузнеца по плечу, он воспользовался его советом.
Ли Джи обернул пропитанную в масле льняную ткань вокруг резьбового соединения и перезапустил двигатель.
Когда процесс заработал, Ли Джи к своей радости обнаружил, что протечек больше не было.
Он повернулся к молодому кузнецу и сказал: «Это был хороший совет! Я награжу тебя и дам 10 лян серебра!»
Молодой кузнец заработал 10 лян серебра просто сказав несколько слов! Он счастливо улыбнулся так, что его рот чуть не растянулся до ушей!